svejsning

Den største gruppe inden for smeltesvejsning er lysbuesvejsning. Ved denne proces tilføres varme vha. en elektrisk lysbue, der fremkommer ved, at luftgabet mellem svejseemnet og svejseværktøjet (svejseelektroden) ioniseres og derved bliver elektrisk ledende. Opvarmningen foregår ved den elektriske strøm, der nu løber imellem elektroden og svejseemnet.

Et eksempel er elektrodesvejsning med beklædt elektrode; dette er den ældste af de eksisterende lysbuesvejseprocesser fra 1905 og den mest anvendte metode til sammensvejsning af stål. I denne proces består svejseværktøjet af en elektrode, der smeltes af lysbuen. Det smeltede materiale vandrer med strømmen over på svejseemnet, hvor det blandes med det opsmeltede emnemateriale.

Belægningen smeltes også og indkapsler det smeltede elektrodemateriale, indtil dette rammer svejseemnet. Her danner det en slaggehinde oven på smeltebadet. Efter afkøling af svejsningen kan slaggen fjernes. Beklædte elektroder findes med forskellig legeringssammensætning både mht. elektrodematerialet og beklædningen.

Elektrodematerialets sammensætning er bestemt af, hvilke materialer der ønskes samlet. Beklædningsmaterialets sammensætning er bestemt af dets evne til at beskytte imod oxidation samt ønskede egenskaber af samlingen og det ved opvarmningen berørte materiale. Elektrodesvejsning har stor anvendelse, da det kun kræver et enkelt udstyr, og fleksibiliteten er meget stor. Processen er velegnet til stillingssvejsning.

Pulversvejsning er nærtbeslægtet med elektrodesvejsning med beklædt elektrode. Her anvendes et pulver til oxidationsbeskyttelse. Pulveret består af samme materiale som beklædningen på de beklædte elektroder, men tilsættes separat. Lysbuen og smeltebadet er helt dækket af pulveret, hvoraf noget smelter i processen og efterlader en slagge. Det øverste lag pulver berøres ikke af varmen og kan genbruges.

Pulversvejsning har en meget stor afsmeltningsydelse og anvendes derfor ofte til store godstykkelser, fx skibsplader. Processen er ikke velegnet til stillingssvejsning, idet den kræver en vandret anlægsflade for pulveret og smeltebadet.

Beskyttelsesgassvejsning er en lysbuesvejsning, hvor en beskyttelsesgas bliver blæst ud af svejseværktøjerne og ned på svejsningen. Gasstrømmen forhindrer oxygen i at komme i berøring med det smeltede materiale. Metoden omfatter MIG-, MAG- og TIG-svejsning.

Ved MIG-svejsning (Metal Inert Gas) afsmeltes elektroden, og der anvendes en inaktiv gas, fx argon eller helium, der ikke reagerer med smeltebadet.

Ved MAG-svejsning (Metal Active Gas) anvendes ud over en afsmeltende elektrode en aktiv gas (oftest CO₂); denne proces er også kendt under navnet CO₂-svejsning. MIG/MAG-processen stammer fra USA, hvor den i 1950 introduceredes til aluminiumsvejsning. Den anvendes i dag mest til aluminium, rustfrit stål og kobber.

Ved en TIG-proces (Tungsten Inert Gas) anvendes en ikke-smeltende elektrode af wolfram samt en inaktiv gas som ved en MIG-proces. Der kan ved TIG-svejsning evt. anvendes tilsatsmateriale i form af en tråd. TIG-processen udvikledes i 1940'erne til svejsning af aluminium- og magnesiumlegeringer og anvendtes omkring årtusindskiftet også til rustfrit stål, titan og nikkel. Beskyttelsesgassvejsning kræver minimalt udstyr og er velegnet til stillingssvejsning. Processernes afsmeltningsydelse er begrænsede, hvorfor de er mest velegnede til mindre godstykkelser.

Plasmagassvejsning er en afart af TIG-processen. Her tilsættes en plasmagas (argon, helium eller nitrogen) gennem en dyse omkring elektroden, hvorved lysbuen indsnævres, og der opnås en højere temperatur og en mere fokuseret lysbue. Processen er velegnet til svejsning af større materialetykkelser end TIG-processen, ligesom den er god til stillingssvejsning.

Rørtrådssvejsning er en proces, hvor svejseelektroden er udformet som et rør, hvori der er fyldt pulver. Dette pulver har til opgave at virke oxidationsbeskyttende og er af samme beskaffenhed som beklædningen ved de beklædte elektroder. Processen kan udføres med og uden brug af beskyttelsesgas, og den har en høj produktivitet.

Ved lasersvejsning foregår opvarmningen vha. laserlys; der anvendes også her en beskyttelsesgas eller vakuum. Lasersvejsning har den store fordel, at varmekilden er meget koncentreret, hvilket giver mulighed for at opnå stor indtrængningsdybde i forhold til den anvendte energimængde og derved bl.a. opnå mindre kastning af emnerne. Afhængigt af den anvendte laser er processen mere eller mindre velegnet til stillingssvejsning.

Gassvejsning (autogensvejsning) er en svejseproces, hvor opvarmningen foregår vha. en gasflamme. Ved at indstille forbrændingen med det korrekte over- eller underskud af oxygen fås korrekt beskyttelse af forskellige metaller. Processen anvendes som reparationssvejsning med forskellige brandgasser som fx propan, metan og acetylen.

Elektronstrålesvejsning anvendes ved samling af mindre godstykkelser. Opvarmningen foregår vha. en elektronstrålebombardering. Processen udføres i vakuum, idet elektronerne spredes ved kollision med luftens molekyler, og har derfor begrænset anvendelighed samt høje driftsomkostninger.

Inden for tryksvejseprocesserne er modstandssvejsning, som er en fællesbetegnelse for punkt-, pres-, søm- og stuksvejsning, den største gruppe. Fælles for disse processer er, at emnerne trykkes sammen vha. elektroder, hvorigennem der sendes en lavspændt strøm af stor styrke, således at emnerne lokalt i berøringspunktet opvarmes til omkring smeltepunktet.

Benævnelserne adskilles af emne- og elektrodeudformning. Således er sømsvejsningen kontinuert udført punktsvejsning. En stuksvejsning er lig en pressvejsning blot med anvendelse af en større kraft.

Punktsvejsning og sømsvejsning er velegnede til svejsning af pladeformede emner. Punktsvejsning har især vundet stor udbredelse inden for bilindustrien, hvor samling af bilkarosserier foregår automatisk med svejserobotter, som udfører flere tusinde punktsvejsninger på karosseriet. Sømsvejsning anvendes til svejsning af overlappende, pladeformede emner. Pres- og stuksvejsning er egnet til vilkårligt udformede emner som fx tråde og profiler.

En anden tryksvejseproces er friktionssvejsning, som er en proces, der anvendes til samling af rotationssymmetriske emner. Det ene emne roteres, mens det andet fastholdes. Emnerne bringes i kontakt med hinanden, hvorved de opvarmes af den opståede friktion. Når den ønskede temperatur er opnået, bremses det roterende emne og presses med stor kraft imod det fastholdte emne, hvorved der opstår en samling.

Ved koldtrykssvejsning trykkes emnerne sammen uden forudgående opvarmning.

Eksplosionssvejsning foregår ved, at emnerne stødes sammen med stor fart, hvorved delene samles. Den høje hastighed opnås ved at skyde den ene del imod den anden vha. en sprængladning.

De forskellige svejseprocesser kan optimeres mht. de procesrelaterede svejseparametre. I forbindelse med en beskyttelsesgassvejsning er de vigtigste parametre strøm, spænding og trådfremføringshastighed, mens det ved en modstandssvejsning er strøm, spænding og sammentrykningskraft. Ved en lasersvejsning er de vigtigste svejseparametre den anvendte effekt samt fokuseringen af strålen.

De forskellige processer har forskellige anvendelsesområder afhængigt af bl.a. det materiale, der skal samles, udformning af samlingen, styktal, dimensioner, styrkekrav, korrosionskrav, automatiserbarhed osv.

Specielt er varmepåvirkningen af emnematerialet forskellig; den har stor indflydelse på svejsningens kvalitet, idet det omgivende materiale påvirkes af opvarmningen.Den varmepåvirkede zone kaldes HAZ (Heat Affected Zone). I denne zone har materialet ændrede egenskaber specielt mht. styrke og korrosion. Påvirkningen er størst tæt ved svejsningen og aftager væk fra denne.

Temperaturforskellene i emnet kan også give anledning til termiske spændinger, der kan resultere i kastninger og formændringer. Det kan imødegås ved at forvarme emnerne, varmebehandle dem efter svejsningen eller anvende langsom afkøling.

Svejsninger kan klassificeres efter mængden og størrelsen af de forekommende fejl, fx kraterrevner, lange porer, indeslutninger eller mangelfuld indtrængning. For at kontrollere om en svejsning opfylder kravene til den specificerede klasse, kan den testes vha. ikke-destruktiv prøvning, fx røntgenundersøgelse, hvirvelstrømsprøvning, ultralyd eller ved penetrationsmetoden.

Der kan endvidere anvendes destruktive test på prøvestykker, der udsættes for samme svejseprocedure som selve konstruktionen, hvorefter de skæres igennem, præpareres og inspiceres i mikroskop. Der kan også udføres destruktive styrketest ved at bryde svejste prøver ved fx trækprøvning eller slagsejhedstest.

Fysiske simuleringer af svejsninger kan udføres med maskiner, hvor det især er svejseparametre samt HAZ, der simuleres og inspiceres. Numerisk simulering af svejsninger anvendes især til optimering af svejseprocesser.

Et specialtilfælde inden for anvendelse af svejsning er undervandssvejsning, der især anvendes i forbindelse med olie- og gasudvinding. Metoden udvikledes for alvor i begyndelsen af 1960'erne, da havbaseret olieudvinding tog fart.

Undervandssvejsning kan udføres vådt eller tørt. Våd undervandssvejsning er lysbuesvejsning udført med særlige elektroder, hvor lysbuen er i direkte kontakt med det omgivende vand. Dette kan udføres af dykkere i dybder ned til 50 m. Tør undervandssvejsning udføres i et kammer, der omslutter svejseemnet og tømmes for vand, hvorefter svejseprocessen kan foregå på sædvanlig vis. Der kan arbejdes med tørprocessen i en hvilken som helst dybde, dog afhængigt af det trykskrog, der benyttes.

Den tidligste svejseproces er modstandssvejsning, der udvikledes i 1886 i USA. Allerede året efter blev kulbuesvejsningen udviklet i Rusland. Kort efter, i 1891 og af en anden russer, blev denne metode videreudviklet til at benytte smeltelige metalelektroder. I 1902 blev gassvejsning udviklet af en svensker, ligesom en anden svensker i 1905 videreudviklede de smeltelige metalelektroder til de beklædte elektroder, der kendes i dag.

Svejseprocessen havde svært ved at vinde indpas i industrien, og først under 2. Verdenskrig kom det store gennembrud, da man i USA masseproducerede handelsskibe, de såkaldte Liberty-skibe, med elektrosvejsning som alternativ til den traditionelle nitteproces.

Herefter begyndte industriens krav at drive den videre udvikling, og mere automatiserbare processer blev udviklet, fx pulversvejsning i midten af 1940'erne. TIG-processen blev ligeledes udviklet i denne periode, MIG/MAG-processen i 1950'erne, elektronstrålesvejsning i 1957, og lasersvejsning sidst i 1960'erne.